六层电梯的PLC控制系统设计

1、 学士学位论文毕业设计论文六层电梯的PLC控制系统设计摘 要 本文介绍一种电梯PLC控制系统。电梯是垂直方向的运输设备，是高层建筑中不可缺少的交通运输设备,在人们生活中起着举足轻重的作用。它靠电力拖动一个可以载人或物的轿厢，在建筑物的井道内导轨上做垂直升降运动，要求达到电梯运行的“稳、准、快”的运行。本系统主要由PLC、变频器、交流异步电动机、继电器、行程开关、按钮和发光指示器组成，采用以西门子公司的可编程控制器S7-200对电梯模型进行全过程控制。 如今电梯已成为人们进出高层建筑不可或缺的工具，而采用 PLC与变频器组成的变频调速电梯具有很好的控制效果，整个系统通过PLC、变频器对电梯的升降

2、、加减速、平层、起动制动进行控制,其结构简单、运行效率高、平层准确。关键词:PLC控制系统；电梯模型；旋转编码器；变频器 Abstract This text introduces the control system of a kind of elevator PLC.The elevator is perpendicular directional of the conveyance equipments be indispensable in the high building of transportation equipments,there is prominent functio

3、n in the people's life.It depends electric power, dragging along to move a car that can carry persons or things and lead a track in the building of the well way up do perpendicularity to ascend and descend sport, Request to attain the movement purpose of "steady, quasi-, quick" of elev

4、ator movement.This system is mainly composed of PLC, frequency converter ,asynchronous motor,relays,trip switch,button,and a light indicator, It controls the whole process on the elevator by the programmable controller S7-200 of SIEMENS company.Now the elevator has become indispensable tool by which

5、 people go in and out the high-rise building，VVVF elevator composed by PLC and the transducer have good control effect,The entire system controls the elevator lift, acceleration and deceleration, leveling, start braking through the PLC and inverter. The system has simple structure, high efficiency,

6、accurate leveling. Key Words:The PLC controls system ;Elevator model;Rotary encoder;Electric circuit transducer 目 录1 绪论11.1电梯的概述11.1.1电梯的分类11.1.2电梯的组成21.1.3电梯的工作原理21.2 PLC控制电梯的优势31.3电梯的发展趋势42 总体设计方案52.1 THBCDT-2型多层电梯实验模型52.1.1 概述52.1.2 技术性能62.1.3 操作、使用说明62.2 控制要求72.3 电梯模型控制系统构成73 硬件系统的组成93.1 可编程控制器简

7、介93.1.1 PLC的结构及各部分的作用93.1.2 PLC的工作原理113.1.3 PLC的程序编制113.1.4 PLC的输出方式133.2 PLC型号选择143.3 变频器的概述153.3.1 变频器的选择153.3.2 变频器的控制方式173.3.3 变频器调速原理173.4 旋转编码器的测速原理183.5 系统安全设计193.6 硬件外部接线图214 软件设计234.1 流程图234.2 输入/输出（I/O）分配表244.3 电梯的运行流程254.4电梯的控制要求254.5 控制程序设计264.5.1 开门、关门控制程序264.5.2 呼梯信号的锁定与清除程序304.5.3 平层判

8、断控制程序324.5.4 电梯上下行指示334.5.5 自动复位控制程序354.5.6 调试过程中遇到的问题与解决方案36结 论37致 谢38参考文献39附录40附录 A 英文原文40附录 B 汉语翻译45附录 C 程序清单49VI 1 绪论1.1电梯的概述1.1.1电梯的分类 电梯主要就是利用轿厢在固定轨道中把乘客或者物品竖直的运送到一定位置的固定设备。通常来说无论它的驱动方式怎么样，我们都能把电梯作为建筑物内部垂直运输交通工具的总称。通过对建筑物的各类需要的考虑，从而设计出不同种类的电梯。目前电梯基本分类方法大致如下。1.按用途分类乘客电梯 ，载货电梯，客货电梯，病床电梯，住宅电梯，杂物电

9、梯，汽车电梯，特种电梯，观光电梯。2. 按驱动方式分类 交流电梯，直流电梯，液压电梯，齿轮齿条电梯，螺杆式电梯，直线电动机驱动的电梯。3. 按速度分类低速梯， 中速梯， 高速梯， 超高速梯。 4. 按电梯有无司机分类 有司机的电梯，无司机电梯，有/无司机电梯。5. 按操纵控制方式分类 手柄开关操纵，按钮控制电梯，信号控制电梯，集选控制电梯，并联控制电梯，群控电梯， 1.1.2电梯的组成 1.曳引系统曳引系统主要的作用是使轿厢进行上下运行，为其提供动力。 2.导向系统导向系统的主要的作用是为轿厢的运动指引方向，为轿厢的运行提供正确的线路。 3. 轿厢轿厢主要是运载乘客和货物的箱式设备，是电梯的主

10、题部分。 4. 门系统门系统的主要功能是作为轿厢的门使用，使轿厢内部封闭更加安全。 5. 重量平衡系统 重量平衡系统的主要功能是对所承载的人或货物进行测量，防止超过固定值。 6. 电力拖动系统电力拖动系统的功能主要是拖动整个轿厢系统，把电梯的速度控制在一定范围内。 7. 电气控制系统电气控制系统的功能是对电梯的运行和各方面的步骤进行全面设计和控制。 8. 安全保护系统安全保护系统保证电梯安全使用，可以防止一切危及人身安全的事故发生。1.1.3电梯的工作原理 电梯在工作时，电梯的曳引绳两边一头接轿厢的主体另一头接对重部分，把曳引轮和导向轮连接在一起，并缠绕起来，曳引电机运行后通过变频器变速以后再

11、使曳引轮变速运行，然后通过曳引绳与曳引轮之前相互摩擦而产生出的牵引力做功来使轿厢和对重上升下降，以此可以把人或物品运送到指定位置。 把导靴放置在轿厢上沿着位于建筑墙体上的导轨重复的做上升下降运动，以防轿厢在运动的过程中发生偏斜或摆动的问题。在电动机运行时常闭块式制动器一旦出现松闸，可使电梯运行，如果在失电时下制动的情况发生的话，可能会使轿厢停止上升下降运行，并且在指定目标楼层上保持轿厢停止的状态，让里面的人或货物逃出。轿厢的作用就是把乘客或者其他载货物运送到指定位置的一个箱体，对重主要是用来平衡轿厢的载荷、减少电动机的功率。补偿装置的作用是对曳引绳运动时张力和重量的变化进行补偿，能够稳定曳引机

12、的负载能力，也可以将轿厢安全的停止。电气控制系统实现了对电梯各方面的控制。指示呼叫系统可以把轿厢的运动方向和所在楼层的位置显示出来。安全装置的作用是使电梯在运行过程中得到安全的保障。1.2 PLC控制电梯的优势 自1889年美国奥梯斯升降机公司推出世界第一部以电动机为动力的升降机以来，电梯在驱动方式上经历了卷筒式驱动、牵引式驱动等历程，逐渐形成了直流电机拖动和交流电机拖动两种不同的拖动方式。如今电梯已成为人们进出高层建筑不可或缺的代步工具；而且作为载人工具，人们在运行的平滑性、高速性、准确性、高效性等一系列静、动态性能方面对它提出了更高的要求。 早期的自动控制系统是依靠继电-接触器来实现的，其

13、特点是：结构简单、价格低廉、抗干扰能力强，可以实现集中控制和远距离控制，但是其采用固定接线，通用性和灵活性差；又采用触点的开关动作，工作频率低，触点易损坏，可靠性差。 在当今时代，人类的高科技技术以飞速的方式发展，我们的微电子技术、计算机技术和自动控制技术也有了非常好的前景，电梯现如今已经成为我们在生活中必不可少的一种运输工具。另外，现如今生活对电梯在运行的安全性、高效性、舒适性等要求不断的提高的同时，其各种技术也随之非常快速的提高，其中电梯的拖动技术已经逐步发展成了调频调压调速，电梯的逻辑控制能力现在已经由PLC逐步取代了过去的一些元件控制。电梯控制要求介入的设备使用起来比较简单，对应用于系

14、统组态的编程也要简单，具有人性化的人机界面，配备应用程序库后，加快了编程和调试的速度。通过PLC对于程序进行编辑，改善了电梯的控制能力，加强了电梯在运行中的安全性能。因此PLC在电梯的控制系统中的应用就非常广泛，并且非常具有实际价值1。1.3电梯的发展趋势 1969年，出现了可编程逻辑控制器PLC（Programmable Logic Controller），其特点是：具备逻辑控制、定时、计数等功能，编程语言采用直观的梯形图语言，软件更改方便，通用性和灵活性好。 可编程控制器（PLC）既保留了继电器控制系统的简单易懂、控制精度高、可靠性好、控制程序可随工艺改变、易于与计算机接口、维修方便等诸多

15、高品质性能。因此，PLC在电梯控制领域得到了广泛而深入的应用。随着微电子技术和计算机技术的迅速发展，PLC（可编程控制器）在工业控制领域内得到十分广泛地应用。PLC是一种基于数字计算机技术、专为在工业环境下应用而设计的电子控制装置，它采用可编程序的存储器，用来存储用户指令，通过数字或模拟的输入/输出口，完成一系列逻辑、顺序、定时、记数、运算等确定的功能，来控制各种类型的机电一体化设备和生产过程。 电梯是随着高层建筑的兴建而发展起来的一种垂直运输工具。多层厂房和多层仓库需要有货梯;高层住宅需要有住宅梯;百货大楼和宾馆需要有客梯,自动扶梯.。在现代社会,电梯已像汽车、轮船一样,成为人类不可缺少的交

16、通运输工具。当今世界,电梯的使用量已成为衡量现代化程度的标志之一1。 2 总体设计方案 依据实验室中的六层电梯装置模型，设计一个六层交流调速电梯控制系统，按照电梯的一般控制原则编制相应的软件程序，绘制出相关图纸。利用实验室的现有设备进行系统的模拟实验。对毕业设计进行总结，并撰写毕业设计报告。2.1 THBCDT-2型多层电梯实验模型 2.1.1 概述 THBCDT-2型群控多层电梯实训装置是依据国家数控及机电一体化教学要求而开发的，适合机械制造及自动化、机电一体化、自动化、电气工程等专业的相关课程开设实验课。可编程控制器可采用目前市面上比较流行的西门子PLC。该装置涵盖了PLC技术、变频调速技

17、术、传感器应用技术、位置控制、复杂的开关量控制、时序逻辑控制有机结合成一体的教学仪器。适合用于大、中专院校、高职高专学校的学生PLC实验实训、毕业设计、课程设计、实习实验等。 1 组成与特点 (1)多层电梯层数为六层，楼层号标为“-1、15”，高度188cm，实验装置结构和电气线路布线合理，做工精致，美观大方。 (2)电梯模型的电气部分由永磁低速同步电动机、变频器、PLC、欧姆龙旋转编码器、语音到站钟等组成 (3)机械部分有框架、导轨、轿厢、配重及电梯呼盒组成。 (4)本实验装置提供实现现代化电梯控制各种功能的检测信号、控制执行机构和显示器件。检测信号分为外呼信号、内选信号、平层信号、位置检测

18、信号、轿厢门开闭位置信号、轿厢门防夹人保护信号、上、下极限位保护信号等。电梯轿厢可上下运行，轿厢门具有开关和限位等保护功能。显示实现每个楼层的当前轿厢所处位置楼层显示、运行方向显示、外呼/内选信号的回应显示。(5)电梯的主拖动由变频器驱动同步电机实现，能够仿真实际电梯的运行速度。带有检测电梯位置的编码器能精确检测轿厢位置，从而控制电梯的加速、减速过程。(6)检修、消防站，在电梯出现故障/测试电梯运行时，可在检修站操作电梯，控制电梯的运行方向，在安全时刻打开电梯门。消防：模拟练习在出现火灾等情况下，电梯的运行情况。2 通过编程和操作，可实现如下实验功能 (1).变频调速控制(2).传感器检测和调

19、整(3).电机传动(4).旋转编码器定位(5).电梯控制系统的程序设计(6).变频调速、PLC编程、传感器调整等方面的综合训练(7).电梯检修训练(8).电梯消防直驶 通过编程，使上述功能按一定顺序排列即可完成同实现生活中电梯同样的控制功能。2.1.2 技术性能 1输入电源：单相三线220V±10% 50Hz 2工作环境：温度-10+40 相对湿度85%(25) 海拔4000m 3绝缘电阻：大于3M 4外形尺寸：80 cm×50 cm×188cm2.1.3 操作、使用说明 1使用时先将后下方电源线插在单相电源插座上，打开检修站内部的电源总开关。正常显示，各楼层显示

20、00，变频器得电。 2本实验装置上带有开关电源提供DC24V、DC5V，如显示不正常，请上电检查电源输出是否正常。 3.用PC/PPI编程电缆连接PLC与计算机，打开PLC电源开关，PLC工作正常，方可对PLC进行下载程序等操作。 4实验始终，装置上要保持整洁，不可随意放置杂物，以免影响电梯运行。 5实验完毕，应及时关闭电源开关，并及时清理实验装置。 6若发生不能上电，请检查空气开关边上保险丝是否完好。 7. 若不能排除故障请联系售后服务，在无把握时请勿随意改动模型。 8电梯上下运行极限需通过PLC编程控制，不可盲目编程让轿厢一直上行或一直下行，以免损坏硬件。在编程了解电梯运行情况时，应时刻注

21、意轿厢的运行情况，禁止将电梯运行出限位开关以外的位置。 9.群控实验时，将其中一台电梯估为主站，下载主站程序，另一台做为从站，下载从站程序。用DP网线连接二台PLC的0号通讯口，进行PPI通讯。2.2 控制要求 A.设计应符合国家的相关标准B.设计控制系统应符合故障安全准则C.电梯具有维修控制功能D.应有楼层和方向数码显示E.电梯的运行应符合方向优先等原则F.应具有自动调整功能 2.3 电梯模型控制系统构成 六层电梯实际模型控制系统的硬件是由三相异步电动机、变频器、传感器、旋转编码器等组成，其中PLC和变频器的型号分别是S7-200、MM420，其控制系统结构如图2.1所示。 图2.1 电梯模

22、型PLC控制系统框图 3 硬件系统的组成3.1 可编程控制器简介 可编程序控制器，英文称Programmable Controller，简称PC。但由于PC容易和个人计算机（Personal Computer）混淆，故人们仍习惯地用PLC作为可编程序控制器的缩写。PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点，又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯，特别是PLC的程序编制，不需要专门的计算机编程语言知识，而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使用户程序编制形象

23、、直观、方便易学；调试与查错也都很方便。用户在购到所需的PLC后，只需按说明书的提示，做少量的接线和简易的用户程序编制工作，就可灵活方便地将PLC应用于生产实践。3.1.1 PLC的结构及各部分的作用PLC的类型繁多，功能和指令系统也不尽相同，但结构与工作原理则大同小异，通常由主机、输入/输出接口、电源扩展器接口和外部设备接口等几个主要部分组成。PLC的硬件系统结构如下图所示： 图3.1 PLC控制示意图1.主机主机部分包括中央处理器（CPU）、系统程序存储器和用户程序及数据存储器。CPU是PLC的核心，它用以运行用户程序、监控输入/输出接口状态、作出逻辑判断和进行数据处理，即读取输入变量、完

24、成用户指令规定的各种操作，将结果送到输出端，并响应外部设备（如电脑、打印机等）的请求以及进行各种内部判断等。PLC的内部存储器有两类，一类是系统程序存储器，主要存放系统管理和监控程序及对用户程序作编译处理的程序，系统程序已由厂家固定，用户不能更改；另一类是用户程序及数据存储器，主要存放用户编制的应用程序及各种暂存数据和中间结果。2输入/输出（I/O）接口I/O接口是PLC与输入/输出设备连接的部件。输入接口接受输入设备（如按钮、传感器、触点、行程开关等）的控制信号。输出接口是将主机经处理后的结果通过功放电路去驱动输出设备（如接触器、电磁阀、指示灯等）。I/O接口一般采用光电耦合电路，以减少电磁

25、干扰，从而提高了可靠性。I/O点数即输入/输出端子数是PLC的一项主要技术指标，通常小型机有几十个点，中型机有几百个点，大型机将超过千点。3电源图中电源是指为CPU、存储器、I/O接口等内部电子电路工作所配置的直流开关稳压电源，通常也为输入设备提供直流电源。4编程编程是PLC利用外部设备，用户用来输入、检查、修改、调试程序或监视PLC的工作情况。通过专用的PC/PPI电缆线将PLC与电脑联接，并利用专用的软件进行电脑编程和监控。5输入/输出扩展单元I/O扩展接口用于将扩充外部输入/输出端子数的扩展单元与基本单元（即主机）连接在一起。6.0 外部设备接口 此接口可将打印机、条码扫描仪,变频器等外

26、部设备与主机相联，以完成相应的操作。 该设计选用的主机型号有西门子S7-200系列的CPU226(AC/DC/PL)。输入点数为24，输出点数为162。3.1.2 PLC的工作原理 PLC是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。即在PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束。然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。PLC的一个扫描周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。PLC在

27、输入采样阶段：首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入端子的通断状态或输入数据读入，并将其写入各对应的输入状态寄存器中，即刷新输入。随即关闭输入端口，进入程序执行阶段。PLC在程序执行阶段：按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令，经相应的运算和处理后，其结果再写入输出状态寄存器中，输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变。刷新阶段送至输出锁存器中，并通过一定的方式（继电器、晶体管或晶闸管）输出，驱动相应输出设备工作输出刷新阶段：当所有指令执行完毕，输出状态寄存器的通断状态在输出作2。3.1.3 PLC的程序编制 1.编程元件PLC是采用软件编制程序来实现控制要求。编程时要

28、使用到各种编程元件，它们可提供无数个动合和动断触点。编程元件是指输入寄存器、输出寄存器、位存储器、定时器、计数器、通用寄存器、数据寄存器及特殊功能存储器等。PLC内部这些存储器的作用和继电接触控制系统中使用的继电器十分相似，也有“线圈”与“触点”，但它们不是“硬”继电器，而是PLC存储器的存储单元。当写入该单元的逻辑状态为“1”时，则表示相应继电器线圈得电，其动合触点闭合，动断触点断开。所以，内部的这些继电器称之为“软”继电器。S7-200系列CPU224、CPU226部分编程元件的编号范围与功能说明如下表所示 表3.1 S7-200系列部分编程元件的编号范围与功能元件名称符号编号范围功 能

29、说 明输入寄存器II0.1I2.7共24点接受外部输入设备的信号输出寄存器QQ0.0Q1.7共16点输出程序执行结果并驱动外部设备位存储器MM0.0M31.7在程序内部使用，不能提供外部输出 定时器 256(T0t255)T0,T64保持型通电延时1msT1T4,T65T68保持型通电延时10msT5T31,T69T95保持型通电延时100msT32,T96ON/OFF延时,1msT33T36,T97T100ON/OFF延时,10msT37T63,T101T255ON/OFF延时,100ms计数器CC0C255加法计数器，触点在程序内部使用高速计数器HCHC0HC5用来累计比CPU扫描速率更快

30、的事件顺控继电器SS0.0S31.7提供控制程序的逻辑分段变量存储器VVB0.0VB5119.7数据处理用的数值存储元件局部存储器LLB0.0LB63.7使用临时的寄存器，作为暂时存储器特殊存储器SMSM0.0SM549.7CPU与用户之间交换信息特殊存储器SM（只读）SM0.0SM29.7接受外部信号累加寄存器ACAC0AC3用来存放计算的中间值2.编程语言所谓程序编制，就是用户根据控制对象的要求，利用PLC厂家提供的程序编制语言，将一个控制要求描述出来的过程。PLC最常用的编程语言是梯形图语言和指令语句表语言，且两者常常联合使用。(1).梯形图（语言）梯形图是一种从继电接触控制电路图演变而

31、来的图形语言。它是借助类似于继电器的动合、动断触点、线圈以及串、并联等术语和符号，根据控制要求联接而成的表示PLC输入和输出之间逻辑关系的图形，直观易懂。梯形图中常用 和 图形符号分别表示PLC编程元件的动合和动断触点，用（ ） 表示它们的线圈。梯形图中编程元件的种类用图形符号及标注的字母或数加以区别。触点和线圈等组成的独立电路称为网络，用编程软件生成的梯形图和语句表程序中有网络编号，允许以网络为单位给梯形图加注释。 梯形图的设计应注意到以下三点： 梯形图按从左到右、自上而下地顺序排列。每一逻辑行（或称梯级）起始于左母线，然后是触点的串、并联接，最后是线圈。 梯形图中每个梯级流过的不是物理电流

32、，而是“概念电流”，从左流向右，其两端没有电源。这个“概念电流”只是用来形象地描述用户程序执行中应满足线圈接通的条件。 输入寄存器用于接收外部输入信号，而不能由PLC内部其它继电器的触点来驱动。因此，梯形图中只出现输入寄存器的触点，而不出现其线圈。输出寄存器则输出程序执行结果给外部输出设备，当梯形图中的输出寄存器线圈得电时，就有信号输出，但不是直接驱动输出设备，而要通过输出接口的继电器、晶体管或晶闸管才能实现。输出寄存器的触点也可供内部编程使用。(2).指令语句表指令语句表是一种用指令助记符来编制PLC程序的语言，它类似于计算机的汇编语言，但比汇编语言易懂易学，若干条指令组成的程序就是指令语句

33、表。一条指令语句是由步序、指令语和作用器件编号三部分组成3。3.1.4 PLC的输出方式 1.CPU226主机有二种不同的输出模式，一种为DC晶体管漏极输出结构，当对应的输出点使能时，此输出点与1M之间的电压等于1M与1L之间的电压，不使能时，输出端为高阻状态。在众多的工控设备厂家中，有不同的标准，比如西门子的PLC晶体管输出为高电平，三菱的PLC又是集电极输出结构。在本系统中使用的各种驱动器中，相当部分使用的是共阳极，低电平输入有效，为了使西门子的PLC也能驱动此类驱动器，我们在二者之间加装一块电平转换板，使PLC原本输出的高电平转换为集电极输出，使各驱动器得以识别。2.另一种输出结构为继电

34、器输出，同一组内的继电器的一端全部连在一起，作为1M，另一端为输出端。这种结构可使输出端应用在交直流电路均可。但用于脉冲量输出时，继电器就不能承受高速的开关吸合，这会大大减小使用寿命。3.2 PLC型号选择PLC机型的选择基本原则是，在所有功能都能满足要求的前提下，选择最可靠、稳定，安全，维护使用比较方便的机型。 S7-200系列PLC是德国西门子公司生产的一种小型PLC，其中许多功能都能够达到大型PLC的水平，但是其价格确实十分便宜。S7-200系列PLC通过CPU模块进行区分一共能分成五种基本的规格的PLC。主要有CPU221、CPU222、CPU224、CPU226、CPU226XM.

35、表3.2 CPU各型号参数型号电源/输入/输出类型主机 I/O 点数CPU 221DC/DC/DC6输入/4输出AC/DC/继电器CPU 222DC/DC/DC8输入/6输出AC/DC/继电器CPU 224DC/DC/DC14输入/10输出AC/DC/继电器AC/DC/继电器CPU 226DC/DC/DC24输入/16输出AC/DC/继电器CPU 226XMDC/DC/DC24输入/16输出AC/DC/继电器S7-200 CPU 22X 的电源，对于每个型号，西门子厂家都提供24V DC和120V/240VAC两种电源供电的CPU类型。输出接口电路主要有三种类型，第一种也是较为常用的即交流继电

36、器输出型，第二种是直流晶体管，第三种是晶闸管输出型。本次设计根据具体情况，通过对输入输出点的估算以及对编程软件和机型的认识度，决定选用西门子的S7-200中的CPU226作为电梯的主要控制器。PLC是整个控制系统的核心部件，采用西门子S7-200系列可编程逻辑控制器，CPU226，它的运算能力以及通讯能力比其它PLC优越，可方便地进行数据处理和通讯。CPU226共有24个输入点、16个输出点。最多可以带7个扩展模块。因为本次设计所用输入和输出点数超过CPU226的固有点数，所以根据本次设计的实际情况通过I/O接口模块来实现的。另外根据控制系统的要求确定所需要的I/O点数时 应可以再增加10%2

37、0%的备用量，可随时可以增加控制功能。根据估算这次设计的I/O点数大约为输入33点，输出32点。所以本次设计中IO扩展模块应采用EM223的模块。此型号数字量扩展既有输入点扩展也有输出点扩展。所以能满足本次设计的要求。本次设计选择其中的输入16点，输出16点的EM223模块。3.3 变频器的概述 3.3.1 变频器的选择西门子MM420系列变频器是用于控制三相交流电动机速度的变频系列。本系列有多种型号，从单相电源电压到三相电源电压，额定功率110W到11KW可供选用。该变频器由微处理器控制并采用具有现代先进技术水平的绝缘栅双极型晶体管（IGBT）作为功率输出器件。因此，它们具有很高的运行可靠性

38、和功能的多样性。其脉冲宽度调制的开关频率是可选的，因而降低了 电动机运行时的噪声。全面而完善的保护功能为变频器和电动机提供了良好的保护。MM420具有缺省的工厂设置参数，它是给数量众多的简单的电动机控制系统供电的理想变频驱动装置。由于MM420具有完善的控制功能在设置参数以后，他也可用于更高级的电动机控制系统，既可以用于单机驱动系统，也可以集成到自动化系统中。选用的MM420额定参数为：电源电压：220V230V额定输出功率：0.75kW额定输入电流：9.9A额定输出电流：3.9A外形尺寸：A型操作面板：基本操作板（BOP） (1) 主要特点 易于安装与调试 牢固的EMC设计 可由IT（中性点

39、不接地）电源供电 对控制信号的响应是快速和可重复的 参数设置的范围很广，确保可对广泛的应用的对象进行配置 电缆连接简单 采用模块化设计，配置非常灵活 脉宽调制的频率高，因而电动机运行的噪音低 详细的变频状态信息和信息集成功能 （2）性能特征 磁通电流控制（FCC）,改善了动态响应和电动机的控制特性 快速电流限制（FCL）功能，实现了正常状态下的无跳闸运行 内置的直流注入制动 复合制动功能改善了制动特性 加速/减速斜坡特性具有可编程的平滑功能 具有比例，积分控制功能的闭环控制 多点V/F特性 （3）保护特性 过压和欠压保护 变频器过热保护 接地故障保护 短路保护 I2t电动机过热保护 3.3.2

40、 变频器的控制方式变频器有多种控制方式，有操作面板控制，端子控制和通信控制。端子控制又分为开关量控制和模拟量控制。本次毕业设计采用的就是端子控制。本次设计所用MM420变频器中UVW接电动机，有三个口接PLC的正转、急停和反转口，另外有RST接三相电源供电。3.3.3 变频器调速原理 变频器顾名思义是把工频电通过既定好的变化转换成其它各种频率的交流电，这样就使电动机的运行方式处于改变速度的运行的状态。当今时代采用的变频器都流行VVVF变频方式，首先让工频交流电和整流器连接起来，通过它继而变为直流电源，之后把直流电源进行进一步的变换，转换后的频率可以进一步调节，同样转换后的电压也可以进一步地调节

41、，将此信号传送至电动机。变频器的电路主要包括四个部分，具体的来说：第一部分即最先开始的是整流环节，第二部分为中间直流部分，紧随其后的是第三部分是逆变环节，最后的是第四部分为控制环节。变频器调速技术的作用机理是依赖电动机的转速与工作时的电源输入频率成正比的关系得到的即4： n = 60f(1-s)/p （3.1） n 表示电机转速 f 为电动机正常工作时电源的频率 s 为电动机的转差率 p 为电动机所固有的磁极对数 由式（3.1）可知，频率变化了转速也随之变化，这就是变频器调速的原理。变频器的运行曲线依靠外部指令提供的速度指令和控制曲线形状和速度的变频器参数配合使用的， 首先设定好变频器的快速频

42、率、中速频率、慢速频率，还要设置电机加速、减速时间，变频器的上限频率、下限频率等参数设定，这些参数通过对电梯模型进行系统调试后得出最后比较合理的参数值。得到的电梯运行的速度曲如图3.2所示 图3.2 电梯调速图 3.4 旋转编码器的测速原理 旋转编码器与电动机相连，当电动机转动时，带动码盘旋转，便发出转速和转角信号。旋转编码器可分为绝对式和相对式两种。绝对式编码器在码盘上分层刻上表示角度的二进制编码或循环码，通过接收器将数码送入计算机。绝对式编码器常用语检测转角，若需得到转速信号，必须对转角进行微分处理。增量式光电旋转编码器在码盘均匀的刻制一定数量的光栅，当电动机旋转时，码盘随着电动机一起转动

43、。通过光栅的作用，持续不断地开放或封闭光路，因此，在接收装置的输出端便得到频率与转速成正比的方波脉冲序列，从而可以计算转速。增量式光电旋转编码器的关键技术在和主要技术难点都集中在光栅的制造上，因为光栅直接影响检测的精度、检测信号的可靠性以及抗冲击性。增量式光电旋转编码器的光栅一般有金属和玻璃两种。若用金属制造，则在转盘上开通光栅（孔）；若用玻璃制造，则在玻璃表面涂一层遮光膜，再加工形成透明线条。在槽数少的场合下（一般小于1000P/r)，可以在金属圆盘使用冲压或腐蚀的方法开槽，当槽数较多时，腐蚀加工也是很困难的，光刻技术几乎成了唯一的手段。光电旋转编码器已成为检测旋转角度和线性位置最要的工具。

44、随着工业自动化事业的发展，光电旋转编码器的应用领域将不断扩大。 图3.3 增量式旋转编码器示意图 上述脉冲序列正确反映了转速的高低，但不能鉴别方向。为了获得转速的方向，可增加一对发光接收装置，使两对发光和接收装置错开光栅节距的1/4，则两组脉冲序列A和B的相位相差90度。正转时A相超前B相；反转时B相超前A相。采用简单鉴相电路可以分辨转向。 图3.4 区分旋转方向的A、B两组脉冲序列若码盘的光栅数为N，则转速分辨率为1/N，常用的旋转编码器光栅数1024、2048、4096等，再增加光栅数将大大增加旋转编码器的制作难度和成本。3.5 系统安全设计 电梯运行的充分与必要条件就是电梯的各种安全保护

45、必须可靠有效。这是为了保证电梯最安全，最可靠的运行。根据电梯安全标准的要求，不论何种电梯均要符合标准中的安全保护要求。现就一般电梯常用的且必不可少的安全保护环节简介如下。(1)超速断绳保护这一保护是很重要的，凡是在有可能使各类人员进入电梯轿厢内的电梯，必须设置这一保护，是极为重要的保护环节，绝不能等闲视之，但只有在不允许，也不能进入各类人员的小型杂物电梯上才可不设置这一保护环节。(2)层门锁保护电梯运行的三个充分与必要条件中之一是电梯必须关闭好门后方可运行。因此电梯门(包括轿厢门和各层楼的所有层门)必须闭锁；若没有闭锁好，是不允许电梯运行的!并且还要求不可能随意强制拨开各个层楼的层门。所以各楼

46、层的层门必须要有机械和电气的联锁保护，即只有当各个层门确实关闭好后，机械的钩子锁锁紧后电气触点才能接通，这样电梯就可安全地运行。由上述可知，层门闭锁保护是机械和电气不可分割的环节。因此在电梯安装竣工验收时必须提供某一类型的层门闭锁保护装置的型式试验报告和性能检测报告。(3)电梯门的安全保护环节这一保护环节主要是指在关门过程中防止夹伤乘客等人员的保护装置。一般有：安全触板，光电保护或电子光幕保护装置和关门力限制保护等。这些保护装置可任选一种或两种以上均可。这些保护装置是在电梯关门过程中才起作用的。当有乘客或其他人员在电梯关门过程中碰撞(或接近)电梯门扇时使电梯门停止关闭，并立即开启，从而使乘客不

47、致被门扇夹痛(伤)。(4)上、下端站的强迫减速保护为了防止电梯在两端站的永磁感应器或选层器触点等失效而产生不了减速信号所导致的快速冲顶或蹲底，根据电梯安全标准规定，必须在电梯井道内的两端设置强迫减速装置。(6)上、下方向限位保护及终端保护对于速度不大于lms的交流双速电梯，应另设置终端极限开关。当方向限位保护不起作用时，则最后通过碰铁使极限开关动作，切断电梯的动力电源，迫使电梯强行停止。(7)缺相、错相保护 如当供给电梯用电的电网系统，由于检修人员检修时不慎而造成三相动力线的相序与原相序有所不同时，就可使电梯原定的运行方向变更为相反的方向，这样就会给电梯运行造成极大的危险性，带来不堪设想的后果

48、。此外也为防止电梯曳引电动机(或原动机)在电源缺相情况下的不正常运转而导致烧损电动机现象的产生。因此要求在电梯控制系统中必须设置：缺相、错相的保护继电器。当输入交流曳引电动机(或直流电梯中的交流原动机，或主变压器)接线端子前的任一部分(例如热保护继电器、接触器的主触头、熔断器、总电源开关等等)发生问题而导致的缺相，均应通过缺相、错相保护继电器的动作而切断控制电路中的安全保护回路。 现在，人们常将缺相和错相的两种保护作用合并在一个继电器内，这就是我们通常所称的缺相、错相保护继电器。 (8)电梯电气控制系统中的短路保护 一般的电气设备均应有短路保护，在电梯的电气控制系统中也与其他电气设备一样，均用

49、不同容量的熔断器进行短路保护。熔断器中的熔丝保护。(9) 曳引电动机(或直流电梯中的交流原动机或主变压器)的过载保护一般最常用的过载保护是热继电器保护，当电梯长期过载(即电动机中的电流大于额定电流)，热继电器中的双金属片经过一定时间(该时间将随电动机中电流大小而变化)后变形而断开串接在安全保护回路中的热继电器触点，从而切断全部控制电路，强令电梯停止运行，从而保护电动机(或主变压器)不因长期过载而烧损6,7。3.6 硬件外部接线图 图3.5 电梯控制系统外部接线图 4 软件设计4.1 流程图 图5.1 控制程序流程图4.2 输入/输出（I/O）分配表表4.1 输入/输出分配表高速计数输入A相I0

50、.0DIN1（下行驱动）Q0.0高速计数输入B相I0.1DIN2（电梯急停） Q0.1轿厢安全开关I0.2DIN3（上行驱动）Q0.2五层外呼下I0.3DIN4Q0.3四层外呼上I0.4NCQ0.4四层外呼下I0.5关门驱动Q0.5 三层外呼上I0.6开门驱动Q0.6 三层外呼下I0.7五层下指示Q0.7 二层外呼上I1.0四层上指示Q1.0 二层外呼下I1.1四层下指示Q1.1 一层外呼上I1.2三层上指示Q1.2 一层外呼下I1.3三层下指示Q1.3 底层外呼上I1.4二层上指示Q1.4 下基准位限位I1.5二层下指示Q1.5 下极限位限位I1.6一层上指示Q1.6 检修开关I1.7一层下

51、指示Q1.7 手动开门按钮I2.0底层向上指示Q2.0 手动关门按钮I2.1显示驱动AQ2.1 手动上行按钮I2.2显示驱动BQ2.2 手动下行按钮I2.3显示驱动CQ2.3 紧急停车按钮I2.4显示驱动DQ2.4 消防I2.5电梯上行指示Q2.5 关门限位开关I2.6电梯下行指示Q2.6 开门限位开关I2.7底层内呼指示Q2.7 底层内呼按钮I3.0一层内呼指示Q3.0 一层内呼按钮I3.1二层内呼指示Q3.1 二层内呼按钮I3.2三层内呼指示Q3.2 三层内呼按钮I3.3四层内呼指示Q3.3 四层内呼按钮I3.4五层内呼指示Q3.4 五层内呼按钮I3.5叮咚Q3.5轿厢开门按钮I3.6电梯

52、上行Q3.6轿厢关门按钮I3.7电梯下行Q3.7上基准位限位I4.04.3 电梯的运行流程（1）电梯的初始状态。为了方便分析，假设电梯位于-1层待命，各层显示器都被初始化，电梯处于以下状态： 各层呼叫灯均不亮。 电梯内部及外部各层显示器均为“ -1”。 电梯内部及外部各层电梯门均关。（2）电梯在运行过程中： 按下某层呼叫按钮（-16层）后，该层呼叫灯亮，电梯响应该层呼叫。 电梯上行时，若呼叫层处于电梯当前运行之上目标运行层之下，则电梯在完成前一指令之前先上行至该层，完成改层呼叫后再由近及远的完成其他各个呼叫动作。若呼叫层处于电梯当前层之下，则电梯在完成前一指令之前不响应该指令，直至电梯重新处于

53、待命状态为止。 电梯下行时，若呼叫层处于电梯当前运行之下目标运行层之上，则电梯在完成前一指令之前先下行至该层，完成改层呼叫后再由近及远的完成其他各个呼叫动作。若呼叫层处于电梯当前层之上，则电梯在完成前一指令之前不响应该指令，直至电梯重新处于待命状态为止。各楼层显示随电梯移动而改变，各层指示灯也随之而变。运行中电梯门始终关闭，到达指定层时，门才打开。在电梯运行过程中支持其它呼叫。（3）电梯运行后状态：在到达指定楼层后，电梯会继续待命，直至新命令产生。电梯在到达指定楼层后，电梯门会自动打开，经一段延时自动关闭。各楼层显示值为该层所在位置，且上行下行指示灯均灭。4.4电梯的控制要求 (1)接受每个按钮（包括内部和外部的呼叫）的呼叫命令，并做出相应的响应。(2)电梯停在某一层（例如3层）时，此时按动该层（3层）的呼叫按钮（上呼叫或下呼叫），则相当于发出打开电梯门命令，进行开门的动作过程；若此时电梯的轿厢不在该层（在其余6层），则等到电梯关门后，按照不换向原则控制电梯向上或向下运行。（3）电梯运行的不